Einführung in die Konzeption der Oszillatorschaltung

Anbieter zum Thema

Jauch Quartz GmbH

TRACO ELECTRONIC GMBH

Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.

WDI AG

Die Spezifizierung in der Praxis

Der für derartige Taktgeber verwendete, als Massenware hergestellte Quarz hat einen Trimmungsempfindlichkeitsbereich von –15 bis –30 ppm/pF. Wir gehen vom oberen Ende dieses Bereichs aus, um uns eine Reserve von ±30 ppm für die Kalibrierspezifizierung für den Quarz zu lassen. Daher stellen wir die Kalibrierspezifizierung für den Quarz auf (50–30) oder ±20 ppm ein. Nach Erhalt der Istdaten (C0 und C1) vom Quarzhersteller lässt sich prüfen, ob diese Spanne ausreicht. Dazu dient die Gleichung für Trimmungsempfindlichkeit mit der Toleranz der verwendeten Komponenten. Die Produktionstestdaten der Mittenfrequenz sollten analysiert und gegebenenfalls C1 bzw. C2 des Pierce-Oszillators eingestellt werden.

Je enger die Kalibrierspezifizierung des Quarzes gewählt ist, umso höher ist sein Preis. Heute wird ein in Massenproduktion hergestellter Quarz im Bereich von ±25 bis ±50 ppm bei Raumtemperatur kalibriert. Die Lastkapazität beeinflusst ebenfalls direkt die Kalibrierspezifizierung und den Preis. Wie aus Gleichung 3 zu ersehen ist, nimmt die Trimmungsempfindlichkeit mit abnehmendem CL zu. Daher ist ein Quarz mit einer Belastung von 10 pF wesentlich schwieriger zu kalibrieren als ein Quarz mit einer Belastung von 20 pF derselben Bauform. Damit ist eine Lastkapazität von 3 pF mit einer geforderten Kalibrierung von ±10 ppm ungünstig.

Mit dem Wert C2 = 27 pF lässt sich ein Ausgangswert für RS festlegen. Somit ist

RS = (2πfC2)–1 = (2π · 20 MHz · 27 pF)–1 = 398 Ω und wird auf 390 Ω, den Standardwert von 5%, eingestellt.

Beim Quarztyp muss es sich um einen AT-Schnitt handeln, da ein BT-Schnitt nicht die Frequenzstabilität von ±40 ppm über den Temperaturbereich von –20 bis 70 °C einhalten kann. Damit erhält man eine Ausgangsspezifikation abzüglich der Quarzbaugruppe. Der Entwickler gibt die über den Quarz verfügbaren Informationen an den Quarzhersteller weiter und verlangt den kostengünstigsten SMD-Quarz, der die elektrischen und mechanischen Spezifikationen erfüllt.

Insgesamt stellt sich die Ausgangsbauform wie folgt dar:

Rf = 1 MΩ, RS = 390 Ω, C1 = 27 pF, C2 = 27 pF

Die Quarzspezifikation lautet zum jetzigen Zeitpunkt:

• Frequenz: 20 MHz
• Typ: AT-Schnitt, Grundwellenquarz
• Lastkapazität: 20 pF (das bedeutet Parallelkristall)
• Frequenztoleranz/Kalibrierung: max. ± 20 ppm bei 25 °C
• Frequenzstabilität: max. ±40 ppm über –20 bis 70 °C
• ESR: max. 40 Ω
• Parallelkapazität (C0): max. 7 pF
• Dynamische Kapazität (C1): nicht angegeben

An diesem Punkt ist die Ausgangsbauform komplett, muss aber validiert werden. Allgemein gilt: Je höher die Produktmengen, desto mehr Wert sollte auf die Validierung des Oszillators gelegt werden. Validierung beinhaltet Folgendes (als Minimum):

• Messung der Verstärkungssicherheit
• Frequenzverhalten über den Temperaturbereich vs. Versorgungsspannung
• Anschwingverhalten bei Temperaturextremen und über den Versorgungsspannungsbereich
• Messung des Drive Levels über den Quarz

*Gerd Reinhold ist verantwortlich für das Produktmarketing FCP und Ramon C. Cerda ist Entwicklungsleiter bei Crystek

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